Belajar Mikrokontroler Arduino dengan Simulasi Tinkercad
UU No 28 tahun 2014 tentang Hak Cipta Fungsi dan sifat hak cipta Pasal 4 Hak Cipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 3 huruf a merupakan hak eksklusif yang terdiri atas hak moral dan hak ekonomi. Pembatasan Pelindungan Pasal 26 Ketentuan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 23, Pasal 24, dan Pasal 25 tidak berlaku terhadap: i. Penggunaan kutipan singkat Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait untuk pelaporan peristiwa aktual yang ditujukan hanya untuk keperluan penyediaan informasi aktual; ii. Penggandaan Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait hanya untuk kepentingan penelitian ilmu pengetahuan; iii. Penggandaan Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait hanya untuk keperluan pengajaran, kecuali pertunjukan dan Fonogram yang telah dilakukan Pengumuman sebagai bahan ajar; dan iv. Penggunaan untuk kepentingan pendidikan dan pengembangan ilmu pengetahuan yang memungkinkan suatu Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait dapat digunakan tanpa izin Pelaku Pertunjukan, Produser Fonogram, atau Lembaga Penyiaran. Sanksi Pelanggaran Pasal 113 1. Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100.000.000 (seratus juta rupiah). 2. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratusjuta rupiah).
Belajar Mikrokontroler Arduino dengan Simulasi Tinkercad Erwan Eko Prasetiyo, S.Pd., M.Eng. Assist. Prof., Dr., Ir., Iswanto, S.T., M.Eng., IPM.
BELAJAR MIKROKONTROLER ARDUINO DENGAN SIMULASI TINKERCAD Erwan Eko Prasetiyo & Iswanto DesainCover : Rulie Gunadi Sumber : www.shutterstock.com Tata Letak : T. Yuliyanti Proofreader : Mira Muarifah Ukuran : viii, 83 hlm, Uk: 17.5x25 cm ISBN : No ISBN Cetakan Pertama : Bulan 2023 Hak Cipta 2023, Pada Penulis Isi diluar tanggung jawab percetakan Copyright © 2023 by Deepublish Publisher All Right Reserved Hak cipta dilindungi undang-undang. Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari Penerbit. PENERBIT DEEPUBLISH (Grup Penerbitan CV BUDI UTAMA) Anggota IKAPI (076/DIY/2012) Jl.Rajawali, G. Elang 6, No 3, Drono, Sardonoharjo, Ngaglik, Sleman Jl.Kaliurang Km.9,3 – Yogyakarta 55581 Telp/Faks: (0274) 4533427 Website: www.deepublish.co.id www.penerbitdeepublish.com E-mail: [email protected]
KATA PENGANTAR PENERBIT Assalamualaikum, w.r. w.b. Segala puji kami haturkan ke hadirat Allah Swt., Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat dan karunia-Nya. Tak lupa, lantunan selawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Besar Muhammad saw. Dalam rangka mencerdaskan dan memuliakan umat manusia dengan penyediaan serta pemanfaatan ilmu pengetahuan dan teknologi untuk menciptakan industri processing berbasis sumber daya alam (SDA) Indonesia, Penerbit Deepublish dengan bangga menerbitkan buku dengan judul Belajar Mikrokontroler Arduino dengan Simulasi Tinkercad. Terima kasih dan penghargaan terbesar kami sampaikan kepada penulis, Erwan Eko Prasetiyo, S.Pd., M.Eng. dan Assist. Prof., Dr., Ir., Iswanto, S.T., M.Eng., IPM yang telah memberikan kepercayaan, perhatian, dan kontribusi penuh demi kesempurnaan buku ini. Semoga buku ini bermanfaat bagi semua pembaca, mampu berkontribusi dalam mencerdaskan dan memuliakan umat manusia, serta mengoptimalkan pemanfaatan ilmu pengetahuan dan teknologi di tanah air. Wassalamualaikum, w.r. w.b. Hormat Kami, Penerbit Deepublish v
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR PENERBIT......................................................................... v DAFTAR ISI ....................................................................................................vi Bab 1 Pengenalan Mikrokontroler Arduino ............................................. 1 A. Tujuan .................................................................................... 1 B. Alat dan Bahan........................................................................ 1 C. Teori Singkat........................................................................... 1 D. Software Arduino IDE............................................................ 10 E. Antarmuka pada Arduino ...................................................... 18 F. Sistem Komunikasi Data ........................................................ 20 G. Mengenal Kode-kode dalam Pemrograman Dasar Arduino................................................................................. 25 H. Menyusun Set Instruksi Pemrograman Arduino..................... 31 I. Soal Latihan .......................................................................... 35 Bab 2 Simulasi Pemrograman Arduino Menggunakan Tinkercad.......... 37 A. Tujuan .................................................................................. 37 B. Alat dan Bahan...................................................................... 37 C. Teori Singkat......................................................................... 37 D. Langkah Kerja........................................................................ 38 E. Latihan.................................................................................. 47 F. Hasil Praktik .......................................................................... 48 G. Analisis ................................................................................. 48 H. Kesimpulan ........................................................................... 48 Bab 3 Simulasi Arduino Running LED..................................................... 49 A. Tujuan .................................................................................. 49 B. Alat dan Bahan...................................................................... 49 C. Aplikasi Dasar........................................................................ 49 D. Langkah Kerja........................................................................ 50 E. Tugas Praktik......................................................................... 52 vi F. Analisis ..................................................................................52 G. Kesimpulan ............................................................................52
Bab 4 Simulasi Arduino Digital Input.......................................................53 A. Tujuan ...................................................................................53 B. Alat dan Bahan.......................................................................53 C. Aplikasi Dasar.........................................................................53 D. Langkah Kerja.........................................................................54 E. Tugas Praktik..........................................................................56 F. Analisis ..................................................................................56 G. Kesimpulan ............................................................................56 Bab 5 Simulasi Arduino Analog Input......................................................57 A. Tujuan ...................................................................................57 B. Alat dan Bahan.......................................................................57 C. Aplikasi Dasar.........................................................................57 D. Langkah Kerja.........................................................................58 E. Tugas Praktik..........................................................................59 F. Analisis ..................................................................................60 G. Kesimpulan ............................................................................60 Bab 6 Simulasi Arduino 7 Segment.........................................................61 A. Tujuan ...................................................................................61 B. Alat dan Bahan.......................................................................61 C. Aplikasi Dasar.........................................................................61 D. Langkah Kerja.........................................................................62 E. Tugas Praktik..........................................................................66 F. Analisis ..................................................................................66 G. Kesimpulan ............................................................................67 Bab 7 Simulasi Arduino LCD 16x2............................................................68 A. Tujuan ...................................................................................68 B. Alat dan Bahan.......................................................................68 C. Aplikasi Dasar.........................................................................68 D. Langkah Kerja.........................................................................69 E. Tugas Praktik..........................................................................70 vii F. Analisis ..................................................................................71 G. Kesimpulan ............................................................................71 Bab 8 Simulasi Arduino Motor Servo......................................................72 A. Tujuan ...................................................................................72
B. Alat dan Bahan.......................................................................72 C. Teori dan Aplikasi Dasar.........................................................72 D. Langkah Kerja.........................................................................73 E. Tugas Praktik..........................................................................75 F. Analisis ..................................................................................75 G. Kesimpulan ............................................................................75 Bab 9 Simulasi Arduino Pengukur Jarak..................................................77 A. Tujuan ...................................................................................77 B. Alat dan Bahan.......................................................................77 C. Teori dan Aplikasi Dasar.........................................................77 D. Langkah Kerja.........................................................................78 E. Tugas Praktik..........................................................................80 F. Analisis ..................................................................................80 G. Kesimpulan ............................................................................80 Bab 10 Rancang Bangun Embedded System Berbasis Arduino..................81 A. Tujuan ...................................................................................81 B. Alat dan Bahan.......................................................................81 C. Teori dan Aplikasi Dasar.........................................................81 D. Langkah Kerja.........................................................................82 E. Tugas Praktik..........................................................................82 F. Analisis ..................................................................................82 G. Kesimpulan ............................................................................82 DAFTAR PUSTAKA.........................................................................................83 viii
Bab 1 Pengenalan Mikrokontroler Arduino A. Tujuan Praktik ini bertujuan agar praktikan dapat: 1. Mengenal Arduino dan jenis-jenisnya 2. Mengenal set instruksi pada pemrograman Arduino 3. Menyusun set instruksi pemrograman Arduino B. Alat dan Bahan 1. PC atau Laptop 2. Software Arduino IDE C. Teori Singkat a. Apa itu Mikrokontroler? Menurut Wikipedia a microcontroller (sometimes abbreviated μC, uC or MCU) is a small computer on a single integrated circuit containing a processor core, memory, and programmable input/output peripherals. Dalam diskusi sehari-hari, mikrokontroler sering dikenal dengan sebutan μC, uC, atau MCU. Terjemahan bebas dari pengertian tersebut, bisa dikatakan bahwa mikrokontroler adalah komputer yang berukuran mikro dalam satu chip IC (integrated circuit) yang terdiri atas processor, memory, dan interface yang bisa diprogram. Jadi disebut komputer mikro karena dalam IC atau chip mikrokontroler terdiri atas CPU, memory, dan I/O yang bisa kita kontrol dengan memprogramnya. I/O juga sering disebut dengan GPIO (General Purpose Input Output Pins) yang berarti: pin yang bisa kita program sebagai input atau output sesuai kebutuhan. Pada praktik ini kita akan menggunakan board Arduino Uno (Gambar 1.1). Arduino board terdiri atas hardware /modul mikrokontroler yang siap pakai dan software IDE yang digunakan untuk memprogram sehingga kita bisa belajar dengan lebih mudah. Kelebihan Arduino yaitu kita tidak perlu lagi 1
membuat rangkaian minimum sistem dan programmer karena sudah built in dalam satu board. Oleh sebab itu kita bisa fokus ke pengembangan sistem. Gambar 1.1. Arduino Uno Board Pada saat praktik, kita akan menggunakan project board (atau disebut dengan istilah bread board) dan beberapa kabel jumper untuk menghubungkan antara komponen dan Arduino board (Gambar 1.2). Dengan project board kita tidak perlu menyolder rangkaian sehingga relatif mudah dan cepat dalam merangkai rangkaian. Project board memungkinkan kita untuk membangun dan membongkar rangkaian dengan cepat sehingga sangat cocok untuk eksperimen. Tapi jika kita ingin membuat rangkaian yang permanen, maka kita harus menggunakan PCB. Yang terpenting adalah, kita harus memahami jalur-jalur pada project board. Project board terdiri atas jalur vertikal dan jalur horizontal. Gambar 1.2. Project Board dan Kabel Jumper 2
Jalur vertikal ada di bagian tengah yang terdiri atas 2 x 64 jalur. Masing-masing jalur mempunyai 5 titik vertikal, misal jalur 1A-1B-1C-1D-1E dan jalur 1F-1G-1H-1I-1J yang kedua tidak saling tersambung. Jalur horizontal sebanyak 8 jalur, 4 jalur ada di bagian atas dan 4 jalur lagi di bagian bawah. Jalur ini bisa digunakan untuk jalur power supply (VCC dan GND). Untuk lebih jelasnya, silakan perhatikan Gambar 1.3. Garis merah menunjukkan bahwa lubang tersebut terhubung secara fisik. Gambar 1.3. Peta Jalur pada Project Board b. Macam-Macam Arduino Board 1. Arduino Uno Arduino Uno merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Terutama untuk pemula sangat disarankan untuk menggunakan Arduino Uno. Banyak sekali referensi yang membahas Arduino Uno. Versi yang terakhir adalah Arduino Uno R3 (Revisi 3), menggunakan ATMEGA328 sebagai mikrokontrolernya, memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin input analog. Pemrogramannya cukup menggunakan koneksi USB type A to type B. Sama seperti yang digunakan pada USB printer. Gambar 1.4 Arduino Uno 3
2. Arduino Due Arduino Due tidak menggunakan mikrokontroler ATMEGA, melainkan dengan chip yang lebih tinggi yaitu ARM Cortex CPU. Arduino Due memiliki 54 I/O pin digital dan 12 pin input analog. Pemrogramannya menggunakan Micro USB. Gambar 1.5 Arduino Due 3. Arduino Leonardo Arduino Leonardo hampir sama dengan Arduino Uno. Jumlah pin I/O digital dan pin input analognya sama. Perbedaannya hanya Arduino Leonardo menggunakan Micro USB untuk pemrogramannya. Gambar 1.6 Arduino Leonardo 4. Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 adalah board Arduino yang merupakan perbaikan dari board Arduino Mega sebelumnya. Arduino Mega awalnya 4
memakai chip ATmega1280 dan kemudian diganti dengan chip ATmega2560, oleh karena itu namanya diganti menjadi Arduino Mega 2560. Selain perbedaan chip ATmega yang digunakan, perbedaan lain antara Arduino Mega dengan Arduino Mega 2560 adalah tidak lagi menggunakan chip FTDI untuk fungsi USB to serial converter, melainkan menggunakan chip ATmega16u2. Secara fisik, ukuran Arduino Mega 2560 kurang lebih 2 kali lebih besar dari Arduino Uno, ini untuk mengakomodasi lebih banyaknya pin Digital dan Analog pada board Arduino Mega 2560 tersebut. Tampilan Arduino Mega 2560 dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar 1.7 Arduino Mega 2560 5. Arduino Intel Galileo Arduino Intel Galileo adalah board mikrokontroler yang menggunakan Intel Quark SoC X1000 Application Processor, 32-bit sistem Pentium kelas Intel. Arduino jenis ini merupakan board pertama menggunakan arsitektur Intel. Board ini dirancang untuk menjadi hardware dan software yang kompatibel dengan Arduino Uno R3. Arduino Intel Galileo dirancang untuk mendukung shield yang beroperasi di kedua tegangan 3.3V atau 5V. Tegangan operasi Arduino Intel Galileo adalah 3.3V. Namun, jumper di board memungkinkan konversi tegangan 5V di pin I/O. Hal ini mendukung untuk tegangan 5V yang digunakan pada shield Arduino Uno. Dengan memindah posisi jumper, konversi tegangan dapat dinonaktifkan untuk menyediakan operasi 3.3V di pin I/O. 5
Gambar 1.8 Arduino Intel Galileo 6. Arduino Pro Mikro Arduino Mikro adalah board mikrokontroler dengan mikrokontroler ATmega32u4 (lihat datasheet) yang dikembangkan bersama dengan Adafruit. Arduino Pro Mikro memiliki 20 digital pin input/ output (yang dapat digunakan sebagai output PWM dan 12 input analog), osilator 16 MHz kristal, koneksi USB mikro, header ICSP, dan tombol reset. Gambar 1.9 Arduino Pro Mikro 7. Arduino Nano R3 Arduino Nano adalah salah satu varian produk board mikrokontroler keluaran Arduino. Arduino Nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroler Atmega 328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket catu daya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya dari mini USB port. Arduino Nano didesain dan diproduksi oleh Gravitech. 6
Gambar 1.10 Arduino Nano R3 8. Arduino Pro Mini Atmega Arduino Pro Mini merupakan salah satu produk dari Arduino yang menjadi favorit, dengan ukuran dimensi yang kecil membuat modul mikrokontroler ini terlihat sangat praktis. Meskipun dengan ukuran yang kecil namun fitur-fitur yang ada di Arduino Pro Mini ini tak kalah dengan jenis-jenis mikrokontroler Arduino yang lainnya. Tentu dengan harga yang murah membuat modul ini sering digunakan di berbagai peranti-peranti cerdas. Gambar 1.11 Arduino Pro Mini 9. Arduino Mega ADK Board Arduino biasa (Uno, Duemillanove, Mega, dll.) pada dasarnya sama dengan board Arduino ADK (Android Development Kit) yakni di dalamnya terdapat bootloader Arduino. Namun kelebihan dari board ADK adalah board ini telah memiliki port USB tersendiri sehingga membuat board menjadi lebih simpel dan kecil. Sebuah board Arduino Mega dapat diubah menjadi Arduino ADK dengan menambahkan shield USB pada board-nya. 7
Arduino ADK merupakan board mikrokontroler yang dikhususkan untuk berkomunikasi dengan smartphone Android via komunikasi USB. Board mikrokontroler berfungsi sebagai induk dari smartphone Android dengan berfungsi seolah-olah adalah komputer. Smartphone Android nantinya akan memanfaatkan mode USB debugging saat berkomunikasi dengan board mikrokontroler. Gambar 1.12 Arduino Mega ADK 10. Arduino Esplora Arduino Esplora adalah Mikrokontroler Arduino yang sudah dilengkapi dengan sensor dan joystick. Berbeda dengan board Arduino sebelumnya yang hanya berisi mikrokontroler. Arduino Esplora melangkah lebih jauh lagi. Arduino Esplora terdiri atas mikrokontroler dan banyak sensor, antara lain: sensor suhu, sensor accelerometer dan sensor cahaya. Selain itu Arduino Esplora juga dilengkapi dengan tombol joystick, linier potentiometer, 4 push button, microphone dan LED RGB. Gambar 1.13 Arduino Esplora 8
11. Arduino Serial Arduino Serial, yaitu jenis mikrokontroler Arduino yang menggunakan RS232 sebagai antarmuka pemrograman atau komunikasi komputer. Gambar 1.14 Arduino Serial 12. Arduino Fio Arduino Fio merupakan mikrokontroler Arduino yang ditujukan untuk penggunaan nirkabel. Arduino Fio ini menggunakan ATmega328P sebagai kontrolernya. Gambar 1.15 Arduino Fio 13. Arduino Lilypad Arduino Lilypad adalah mikrokontroler dengan bentuk yang melingkar. Contoh: LilyPad Arduino 00, LilyPad Arduino 01, LilyPad Arduino 02, LilyPad Arduino 03, LilyPad Arduino 04. 9
Gambar 1.16 Arduino Lilypad 14. Arduino BT Arduino BT adalah mikrokontroler Arduino yang sudah memiliki modul Bluetooth untuk komunikasi nirkabel. Gambar 1.17 Arduino BT D. Software Arduino IDE Software Arduino IDE dapat diunduh secara gratis di laman resmi Arduino yaitu di https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Software Arduino versinya semakin berkembang. Sampai saat modul ini disusun, Arduino IDE sudah sampai versi 2.0.1. Berdasarkan informasi dari laman 10
resmi Arduino, Arduino menyediakan software Arduino IDE 2.0.1 yang dapat diinstal pada perangkat dengan sistem operasi Windows, Mac dan Linux. Gambar 1.18. Tampilan Laman Download Software Arduino IDE Berikut ini adalah langkah-langkah mengunduh software Arduino IDE dari laman resminya. 1. Buka browser di komputer atau laptop Anda. Pastikan sudah terhubung dengan koneksi internet. 2. Buka laman https://www.arduino.cc/en/Main/Software. 3. Klik pilihan Windows Installer seperti pada gambar berikut. 11 Klik Windows Installer
4. Klik pilihan “Just Download” untuk memilih pilihan mengunduh secara gratis atau klik “Contribute & Download” jika Anda akan memberi donasi. 5. Tunggu proses unduh sampai selesai. 6. Simpan file hasil unduhan pada folder Anda. Pada modul ini akan dijelaskan bagaimana cara melakukan instalasi pada sistem operasi Windows. Langkah-langkah instalasi software Arduino IDE 2.0.1 dijelaskan sebagai berikut: 1. Buka folder tempat Anda menyimpan software Arduino IDE 2.0.1 hasil unduhan Anda. 2. Klik 2x file arduino-2.0.1-windows.exe untuk mulai menginstal. 12 Klik Just Download Klik 2x
3. Klik “Yes” pada menu opsi. 4. Klik “I Agree” untuk menyetujui lisensi dan melanjutkan instalasi. 5. Instal semua komponen yang ada. 13
6. Pilih lokasi folder instalasi Arduino Software atau gunakan default destination folder, dan klik Install. 7. Tunggu proses instalasi sampai selesai. 8. Klik “Close” untuk menutup dialog windows. Setelah semua langkah di atas selesai dilakukan, maka software Arduino IDE sudah terinstal pada komputer/laptop Anda. Langkah selanjutnya adalah melakukan proses instalasi driver Arduino Board sesuai yang akan digunakan (pada modul ini akan menggunakan Arduino Uno). Langkah-langkah melakukan instalasi driver Arduino board sebagai berikut: 1. Hubungkan Arduino Uno board pada perangkat komputer/laptop Anda dengan kabel USB. 14
2. Cek pada bagian “Device Manager”. Apakah Arduino Uno board sudah dikenali atau belum. Jika belum lakukanlah instalasi driver sesuai jenis chip modul USB to serial yang dipakai. 3. Instalasi driver Arduino board dapat dilakukan dengan cara Klik 2x pada daftar “Unknown device”. 15 USB Device belumdikenali
4. Klik “Update Driver”. 5. Klik “Browse my computer for driver software”. 6. Klik “Browse” kemudian arahkan pada folder tempat Anda menginstal Arduino IDE. 16
7. Pilih folder “Arduino > Drivers” lalu klik “OK”. 8. Klik “Next” dan tunggu sampai proses instalasi driver selesai. 9. Jika belum berhasil, maka proses instalasi driver dapat dilakukan secara otomatis. 10. Instalasi otomatis dapat dilakukan secara online dan harus ada dukungan koneksi internet. Instalasi otomatis dapat dilakukan dengan klik pilihan “Search automatically for updated driver software”. 11. Tunggu proses instalasi sampai selesai. Setelah proses instalasi driver selesai, maka dapat dilakukan pengecekan pada Device Manager. Jika berhasil maka Arduino Uno board dapat terdeteksi dan dikenali pada Port COM seperti ditunjukkan pada Gambar berikut. 17
E. Antarmuka pada Arduino Pada sistem Arduino, komunikasi antarmuka lebih banyak diterapkan antara perangkat satu dengan perangkat yang lainnya. Contohnya adalah antara Arduino dengan sensor, Arduino dengan tombol, Arduino dengan papan display/layar monitor, Arduino dengan actuator/motor, Arduino dengan unit memory atau penyimpan data, maupun antara Arduino dengan Arduino yang lain. Tujuan komunikasi ini adalah untuk saling berkirim maupun menerima data antarperangkat yang satu dengan perangkat yang lainnya. Berikut ini beberapa contoh antarmuka pada Arduino. Gambar Contoh Antarmuka Arduino dengan Tombol dan LED 18
Gambar Contoh Antarmuka Arduino dengan Sensor Suhu DHT-11 Gambar Contoh Antarmuka antara Arduino dengan Display LCD 16x2 dan Bluetooth Gambar Contoh Antarmuka antara Arduino dengan Kartu Memori (MicroSD) 19
F. Sistem Komunikasi Data Antarmuka Arduino dengan perangkat lain membutuhkan sistem komunikasi data, agar perangkat dapat terhubung dan saling berkomunikasi dengan Arduino. Sistem komunikasi data ini harus di-setting pada saat kita melakukan pemrograman. Agar perangkat-perangkat di luar Arduino dapat saling berkomunikasi dengan baik, maka sistem komunikasi data harus diatur dengan tepat. Sebelum melakukan pengaturan, kita harus mengetahui jenis komunikasi data yang digunakan. Arduino menggunakan sistem komunikasi data serial. Ciri-ciri komunikasi Serial antara lain: Beberapa bit dikirim melalui jalur data yang sama secara bergantian Selain jalur data dapat menggunakan juga sinyal sinkronisasi (clock) Berikut ini dijelaskan beberapa jenis komunikasi data serial yang sering digunakan pada Arduino, antara lain: 1. UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat peripheral. 2. USART (Universal Synchronous & Asynchronous Receiver Transmitter) Komunikasi yang memiliki fleksibilitas tinggi, yang dapat digunakan untuk melakukan transfer data antarmikrokontroler maupun dengan modulmodul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur UART. USART memungkinkan transmisi data baik secara synchronous maupun asynchronous. Berikut ini perbedaan antara UART dengan USART. 20
Gambar Perbedaan antara UART dengan USART Gambar Contoh Diagram Komunikasi Data 3. SPI (Serial Peripheral Interface) Komunikasi SPI membutuhkan 4 jalur yaitu MOSI, MISO, SCK dan CS. Data dapat saling dikirimkan antarmikrokontroler maupun antara mikrokontroler dengan peripheral lain di luar mikrokontroler. Transmisi Data pada Sistem SPI ditunjukkan seperti pada gambar berikut. 21
Gambar Transmisi Data pada Sistem SPI Gambar Contoh Sistem Komunikasi dengan SPI 22
4. I2C (Inter Integrated Circuit) I2C merupakan sistem komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didesain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem komunikasi ini terdiri atas saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya. Peranti yang dihubungkan dengan sistem I2C Bus dapat dioperasikan sebagai Master dan Slave. Master adalah peranti yang memulai transfer data pada I2C Bus dengan membentuk sinyal Start, mengakhiri transfer data dengan membentuk sinyal Stop, dan membangkitkan sinyal clock. Slave adalah peranti yang dialamati Master. Gambar Contoh Transmisi Data pada I2C Gambar Contoh Diagram I2C 23
Gambar Contoh Penggunaan Komunikasi I2C 5. USB (Universal Serial Bus) Standar bus serial untuk perangkat penghubung, biasanya untuk komputer namun juga digunakan di peralatan lainnya seperti konsol permainan, ponsel dan perangkat lainnya. Gambar Contoh USB dan Konfigurasi Pin-nya 24
Gambar USB Pin Out G. Mengenal Kode-kode dalam Pemrograman Dasar Arduino 1. Bare Minimum (Bagian Minimal Sebuah Program pada Arduino) Bagian ini merupakan bagian minimal yang harus ada pada sebuah pogram. Arduino. Bagian program minimal harus memiliki void setup() dan void loop(). Contoh: 2. Void Setup Semua kode program yang ada dalam void setup akan dibaca sekali oleh Arduino. Void setup berisi kode perintah untuk menentukan fungsi pada sebuah pin. Contoh: 25 void setup() { // semua kode yang di sini akan dibaca sekali oleh Arduino } void loop() { //semua kode yang ada di sini akan dibaca //berulang kali (terus menerus) oleh Arduino } pinMode(13, OUTPUT); // menentukan pin 13 sebagai OUTPUT pinMode(3, INPUT); // menentukan pin 3 sebagai INPUT
Komunikasi antara Arduino dengan komputer dapat dibuat dengan menggunakan kode: 3. Void Loop Semua kode program yang berada pada void loop akan dibaca setelah void setup. Kode ini akan dibaca terus menerus oleh Arduino. Isinya berupa kode-kode perintah kepada pin INPUT dan OUTPUT pada Arduino. Contoh: sedangkan untuk menampilkan nilai pada sebuah sensor pada Serial Monitor, bisa menggunakan: untuk menampilkan teks, bisa menggunakan: untuk membuka Serial Monitor pada Arduino, bisa dengan memilih menu Tools kemudian pilih Serial Monitor, atau dengan menekan kombinasi CTRL+SHIFT+M di keyboard. Cara lain bisa juga dengan mengklik ikon “Kaca Pembesar” di Arduino IDE, seperti gambar berikut. Gambar Serial Monitor pada Arduino IDE 26 Serial.begin(9600); // untuk komunikasi Arduino dengan komputer digitalWrite(13, HIGH); //untuk memberikan 5V (nyala) kepada pin 13. digitalWrite(13, LOW); //untuk memberikan 0V (mati) kepada pin 13. analogWrite(3, 225); //untuk memberikan nilai 225 (setara dengan 5V) kepada pin 3. Serial.print(namasensor); //menampilkan nilai sensor yang disimpan di variabel nama sensor Serial.print("Selamat Datang"); //menampilkan teks Selamat Datang pada Serial Monitor
4. Catatan pada Kode Program Anda dapat membuat catatan pada program dan tidak akan dibaca oleh Arduino, dengan cara mengetikkan tanda // kemudian mengetikkan catatannya. Contoh: void loop() { // catatan pada baris ini tidak akan dibaca oleh program } Pemakaian tanda // hanya berfungsi untuk catatan satu baris saja, jika Anda ingin membuat catatan yang panjang yaitu berupa paragraf. Maka pertama kamu ketikan /* lalu ketikan catatan kamu, dan jika sudah selesai tutup dengan kode */. Contoh: void loop() { /* apapun yang kamu mau ketikan di sini tidak akan dibaca oleh program sepanjang apapun kamu mengetiknya */ } 5. Kurung Kurawal {} Kurung kurawal digunakan untuk menentukan awal dan akhir dari program. Seperti bahasa pemrograman pada umumnya, Arduino membaca mulai dari atas hingga ke bawah. Contoh: void loop() { ….program ….program ….program } 6. Titik Koma ; Tanda titik koma digunakan untuk mengakhiri suatu baris kode program. Setiap baris kode program pada Arduino harus diakhiri dengan tanda “;” 27
Contoh: void setup(){ pinMode(13, OUTPUT); } void loop(){ digitalWrite(13,HIGH); } 7. Variables Variabel adalah kode program yang digunakan untuk menyimpan data atau suatu nilai pada sebuah nama. Tipe data yang biasa digunakan di antaranya adalah Integer, Long, Boolean, Float, Character. int (integer) Variabel yang dapat menyimpan data sebesar 2 bytes (16 bits). long (long) Variabel ini nilai datanya lebih besar dari integer yaitu menggunakan 4 bytes (32 bits). boolean (boolean) Variabel yang hanya menyimpan nilai TRUE dan FALSE saja. Hanya menggunakan 1 bit saja. float(float) Variabel yang digunakan untuk floating point pada nilai desimal. Memory yang digunakan sebesar 4 bytes (32 bits). char(character) Variabel untuk menyimpan character berdasarkan ASCII kode (contoh: ‘A’=65) menggunakan 1 byte (8 bits). 8. Operator Matematika Operator matematika digunakan untuk memanipulasi nilai dengan perhitungan matematika sederhana seperti: penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian sama dengan dan persentase. 28
Contoh: = (sama dengan) % (persentase) + (penambahan) – (pengurangan) * (perkalian) / (pembagian) 9. Operator Perbandingan Operator ini digunakan untuk melakukan perbandingan secara logika. Contoh: == (sama dengan) contoh: 15 == 10 FALSE atau 15 == 15 TRUE != (tidak sama dengan) contoh: 15 != 10 TRUE atau 15 != 15 FALSE < (lebih kecil dari) contoh: 15 < 10 FALSE atau 12 < 14 TRUE > (lebih besar dari) contoh: 15 > 19 TRUE atau 15 > 10 FALSE 10. Struktur Pengendali Program yang digunakan untuk menentukan sebuah kondisi, dan jika kondisinya terpenuhi maka akan melaksanakan perintah yang sudah ditentukan. Sebaliknya, saat tidak memenuhi kondisinya juga ada perintah yang dilaksanakan oleh Arduino. Contoh: if(kondisi A) { Kode Perintah A } else if(kondisi B) { Kode Perintah B } else { Kode Perintah C } Pertama, Arduino akan melihat Kondisi A. Jika terpenuhi, maka akan melaksanakan Kode Perintah A. Apabila kondisi TIDAK terpenuhi, maka Arduino akan melihat Kondisi B. Jika terpenuhi, maka akan melaksanakan 29
Kode Perintah B. Namun jika kondisi TIDAK juga terpenuhi, maka Arduino akan melaksanakan Kode Perintah C. 11. Kode Perintah untuk Mengatur Pin pada Arduino Kode ini digunakan untuk pemrograman yang menggunakan Pin Digital pada Arduino. Bentuk penulisannya seperti berikut: pinMode( pin, mode); Kode ini digunakan untuk seting mode pin. Pin adalah nomor pin yang akan digunakan, jika Anda menggunakan Arduino Uno, pin digitalnya dari 0- 13, sedangkan mode berupa INPUT atau OUTPUT. Penulisan kode pinMode harus berada di dalam void. Contoh: pinMode(13, OUTPUT); // artinya pin 13 digunakan sebagai OUTPUT pinMode(7, INPUT); // artinya pin 7 digunakan sebagai INPUT digitalRead(pin); Kode ini digunakan pada pin INPUT, untuk membaca nilai sensor yang ada pada pin. Nilai pembacaannya hanya terbatas pada 1 (TRUE), atau 0 (FALSE). Penulisan kode digitalRead harus dimasukan dalam void. Contoh: digitalRead(13); // artinya kode akan membaca nilai sensor pada pin 13. digitalWrite(pin, nilai); Kode ini digunakan untuk pin OUTPUT yang sudah Anda seting apakah akan diberikan kondisi HIGH (+5V), atau LOW (Ground). Penulisan kode harus dimasukkan dalam void. Contoh: digitalWrite(13, HIGH); // artinya pin 13 kita diberi tegangan +5V digitalWrite(13, LOW); // artinya pin 13 kita diberi tegangan 0 / Ground analogWrite(pin, nilai); 30
Meskipun Arduino adalah perangkat digital, namun masih bisa menggunakan fungsi Analognya pada pin Digital Arduino meskipun hanya beberapa pin saja. Fungsi ini biasa disebut PWM (Pulse With Modulation). Pada Arduino Uno memiliki 6 pin PWM, yaitu: pin 3,5,6,9, 10, dan 11. Nilai yang dihasilkan menjadi bervariasi dari 0-225, yang setara dengan tegangan antara 0-5V. Penulisan kode analogWrite juga harus dimasukkan dalam void. Contoh: analogWrite(3, 150); // artinya pin 3 diberikan nilai sebesar 150 analogRead(pin); Kode ini digunakan untuk membaca nilai pada sensor Analog antara 0-1024. Contoh: analogRead(A0); // artinya kode akan membaca nilai sensor pada pin AO. Kode dalam Arduino adalah Case Sensitive sehingga penggunaan huruf kecil atau huruf besar sangat berpengaruh. Sumber: https://kelasrobot.com/belajar-pemrograman-dasar-arduino/ H. Menyusun Set Instruksi Pemrograman Arduino Pada dasarnya memrogram Arduino adalah menyusun kode-kode program/set instruksi untuk memerintahkan Arduino melakukan suatu perintah. Perintah ini dibuat atas dasar pemikiran manusia/programmer. Berikut ini akan dijelaskan beberapa set instruksi Arduino yang telah ditentukan dalam aplikasi Arduino IDE. Anda juga dapat mengakses keterangan tentang set-set instruksi yang telah disediakan oleh Arduino IDE melalui cara berikut: 1. Buka Aplikasi Arduino IDE. 2. Klik Help >> Reference 31
Gambar Tampilan Menu Help pada Arduino IDE 3. Kemudian Anda akan diarahkan masuk ke menu Language Reference. Di sini Anda dapat memilih set instruksi yang ingin Anda pelajari mengenai fungsi dan syntax (bentuk) penulisannya beserta contoh penulisannya. Gambar Tampilan Language Reference 32 1 2
Pada pemrograman dasar sebagai contoh pada program LED Blink (untuk membuat LED berkedip-kedip) Anda akan mengaktifkan fungsi Digital Output. Sehingga dalam membuat program Anda akan memberikan perintah menggunakan set instruksi Digital I/O. Berikut ini Contoh Program Sederhana LED Blink. //Contoh Program LED Blink void setup() { pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(13,HIGH); delay(1000); digitalWrite(13, LOW); delay(1000); } Pada program LED Blink kita dapat menemukan set instruksi sebagai berikut: 1. void setup(); 2. void loop(); 3. pinMode(13, OUTPUT); 4. digitalWrite(13, HIGH); 5. delay(1000); Set instruksi tersebut dapat kita ketahui fungsinya berdasarkan Language Reference yang disediakan Arduino IDE pada menu Help>>Reference. Anda dapat membuat penjelasan singkat dari contoh program sederhana LED Blink dengan cara melihat keterangan pada Language Reference. Sebagai contoh Anda akan melihat penjelasan set instruksi pinMode() maka Anda dapat melakukannya dengan cara sebagai berikut: 1. Anda klik pinMode (), kemudian Anda dapat melihat penjelasannya. 33
2. Penjelasan set instruksi pinMode() pinMode() berfungsi untuk mengonfigurasi/mengatur pin digital Arduino sebagai Input atau Output. Perlu diketahui bahwa pin digital yang ada pada Arduino dapat digunakan sebagai Input ataupun Output. Gambar Penjelasan Set Instruksi pinMode() Dengan cara yang sama Anda juga dapat melihat keterangan set instruksi digitalWrite() sebagai berikut: 1. Anda klik digitalWrite (), kemudian Anda dapat melihat penjelasannya. 2. Penjelasan set instruksi digitalWrite() digitalWrite() berfungsi untuk memberikan nilai HIGH atau LOW pada pin Arduino. Pin Arduino yang dimaksud di sini adalah pin Arduino sesuai dengan nomor pin yang kita pilih. Misal dalam program kita 34
menulis set instruksi digitalWrite(13, HIGH); artinya kita memberikan nilai HIGH pada pin Arduino nomor 13. Perlu diketahui bahwa nilai digital berupa nilai biner yang hanya ada dua keadaan yaitu HIGH atau LOW. Gambar Penjelasan Set Instruksi digitalWrite() Anda juga dapat melihat beberapa set instruksi yang lain dengan cara yang sama, beserta contoh penulisan programnya pada saat Anda menganalisis atau membuat program, jika Anda belum mengetahui fungsi dan bentuk penulisannya (syntax). Sumber: https://www.arduino.cc/reference/en/ I. Soal Latihan 1. Sebutkan komponen mikrokontroler dan jelaskan masing-masing fungsinya! 2. Jelaskan perbedaan antara sistem komunikasi sinkron dengan asinkron! 3. Jelaskan bagaimana cara memprogram sebuah mikrokontroler! 35
4. Sebutkan bagian-bagian sistem minimum Arduino Uno dan jelaskan fungsinya! 5. Sebutkan macam-macam antar muka pada Arduino! 36
Bab 2 Simulasi Pemrograman Arduino Menggunakan Tinkercad A. Tujuan Praktik ini bertujuan agar praktikan dapat: 1. Mengenal dan memahami cara pemrograman Arduino secara simulasi melalui tinkercad.com 2. Melakukan simulasi pemrograman Arduino secara simulasi melalui tinkercad.com B. Alat dan Bahan 1. PC atau Laptop 2. Web browser (misal: Google Chrome, Mozilla Firefox atau sejenisnya) 3. Koneksi internet C. Teori Singkat a. Mengenal Tinkercad Tinkercad merupakan sebuah platform yang merupakan web penyedia sarana untuk belajar secara online terkait desain 3D, rangkaian elektronika dan codeblock. Tinkercad merupakan web dari Autodesk yang sudah cukup terkenal. Jika sebelum-sebelumnya Autodesk banyak memperkenalkan software-software komputer seperti software desain, animasi, kini mereka hadir dengan salah satu platform yang bernama Tinkercad. Sebenarnya, web ini sudah lama didirikan yakni pada tahun 2011. Web ini merupakan web yang cocok digunakan sebagai media pembelajaran secara online. Web ini hampir sama dengan web belajar online lainnya, seperti Google Classroom, Edmodo, Schoology, dan web penyedia layanan pembelajaran online lainnya. Pada web ini, terdapat fitur Educator untuk guru, dan student untuk siswa. Hanya saja Tinkercad sendiri lebih dikhususkan untuk pembelajaran di bidang desain 3D, elektronika, dan 37
codeblock. Pada Tinkercad juga terdapat fitur Class di mana kita bisa membuat sebuah kelas untuk melakukan pembelajaran antara guru dan siswanya. Namun pada penjelasan kali ini kita fokuskan pada penggunaan layanan elektronika untuk simulasi pemrograman Arduino. Gambar 1. Halaman Tampilan tinkercad.com D. Langkah Kerja Berikut ini adalah langkah-langkah menggunakan layanan simulasi menggunakan Tinkercad. a. Mendaftar akun di tinkercad.com 1. Buka browser di komputer atau laptop Anda. Pastikan sudah terhubung dengan koneksi internet. 2. Buka laman https://www.tinkercad.com/ 3. Klik pilihan Join Now pada pojok kanan atas. Gambar 2. Halaman Tampilan Awal tinkercad.com 38 Klik JOIN NOW
4. Kemudian akan diarahkan pada pilihan berikut. Pilih “Create a personal account”. Gambar 3. Halaman Tampilan Pilihan Jenis Akun 5. Kemudian akan diarahkan pada pilihan berikut. Pilih “Sign in With Google” Gambar 4. Halaman Tampilan Pilihan Jenis Email 6. Pilih akun email yang ingin Anda gunakan untuk daftar (gunakan email dari sekolah/kampus Anda). Catatan: Jika Anda belum login ke email Anda, silakan Anda login ke email Anda terlebih dahulu. 39 Klik Pilihan Ini Klik Pilihan Ini
Gambar 5. Halaman Tampilan Pilihan Akun Email 7. Jika berhasil, maka akan diarahkan masuk ke halaman dashboard Tinkercad. Gambar 6. Halaman Dashboard 8. Sampai di sini akun Anda sudah terdaftar di Tinkercad.com dan siap untuk menggunakan layanan simulasi. 40 Klik pilihan ini (sesuaikan akun email Anda) Akun sesuai nama Anda
b. Memulai Simulasi Rangkaian Elektronik Arduino dan Pemrogramannya 1. Pada halaman dashboard klik menu Circuit pada pilihan menu di sebelah kiri. Gambar 7. Pilihan Menu pada Halaman Dashboard 2. Untuk mulai membuat rangkaian baru klik “Create New Circuit”. Gambar 8. Pilihan Menu untuk Membuat Rangkaian Elektronik 41 Klik Menu Circuit Klik Create New Circuit
3. Jika berhasil maka akan tampil seperti berikut. Gambar 9. Tampilan Lembar Kerja Baru untuk Memulai Membuat Rangkaian 4. Sampai di sini Anda sudah siap untuk memulai membuat rangkaian elektronik sesuai yang Anda kehendaki. c. Mengenal Tools Simulasi Rangkaian di Tinkercad Tools untuk melakukan simulasi dijelaskan sebagai berikut: Gambar 10. Tools Simulasi 42 3 1 4 5 2